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圓柱齒輪的加工原理及誤差分析

2019-3-18 來(lái)源：中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司工藝部作者：管衛(wèi)紅

摘要：闡述圓柱齒輪的加工原理，簡(jiǎn)要分析在滾齒過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，根據(jù)不同的齒輪加工問(wèn)題制定相應(yīng)的解決方法，為生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程提供了理論方面的支持，以提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：圓柱齒輪滾齒加工誤差

引言

在機(jī)械制造中，齒輪加工方法很多，按照齒廓行程原理可以分為：仿形法，如用成形銑刀在銑床上銑齒；展成法，如用滾刀在滾齒機(jī)上滾齒。本文主要介紹展成法加工圓柱齒輪的原理，以及對(duì)齒輪加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差的來(lái)源進(jìn)行分析。

1、展成法圓柱齒輪加工原理

展成法是目前齒輪加工中最常見(jiàn)的一種方法，如插齒、滾齒、磨齒等都屬于這種方法。展成法是利用齒廓嚙合基本定律來(lái)切制齒廓的。假想將一對(duì)相嚙合的齒輪（或者齒輪與齒條）之一作為刀具，而另一個(gè)作為輪坯，并使兩者仍按照傳動(dòng)比傳動(dòng)，同時(shí)刀具作切削運(yùn)動(dòng)，則在輪坯上便可加工出與刀具輪廓共軛的齒輪齒廓（圖 1）。

圖 1 展成法圓柱齒輪加工示意圖

2 、圓柱齒輪加工誤差

滾切加工齒輪的誤差主要來(lái)源于機(jī)床—刀具—齒坯系統(tǒng)的周期性誤差，主要分以下四方面。

2.1 偏心

偏心分為幾何偏心和運(yùn)動(dòng)偏心。幾何偏心是由于齒坯基準(zhǔn)孔軸線(xiàn)與滾齒機(jī)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)不重合引起的安裝偏心。幾何偏心是加工過(guò)程中齒坯相對(duì)于滾刀的距離產(chǎn)生變化，切出的齒輪一邊短而肥、一邊瘦而長(zhǎng)。

當(dāng)以齒輪基準(zhǔn)孔中心定位進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在齒輪一轉(zhuǎn)內(nèi)產(chǎn)生周期性的齒圈徑向跳動(dòng)誤差，同時(shí)齒距和齒厚也產(chǎn)生周期性變化。運(yùn)動(dòng)偏心式由于滾齒機(jī)分度渦輪加工誤差和分度渦輪軸線(xiàn)與工作臺(tái)軸線(xiàn)有安裝偏心。

運(yùn)動(dòng)偏心使齒坯相對(duì)于滾刀的轉(zhuǎn)速不均勻而使被加工齒輪各齒廓產(chǎn)生切向錯(cuò)移。加工齒輪時(shí)，渦輪蝸桿中心距周期性變化，相當(dāng)于渦輪的節(jié)圓半徑在變化，而蝸桿的線(xiàn)速度是恒定不變的，則在渦輪一轉(zhuǎn)內(nèi)，渦輪轉(zhuǎn)速必然呈周期性變化。

當(dāng)角速度增加時(shí)，使齒距和公法線(xiàn)都變長(zhǎng)；當(dāng)角速度減少時(shí)，切齒滯后使齒距和公法線(xiàn)都變短，使齒輪產(chǎn)生切向周期性變化的切向誤差。

2.2 機(jī)床傳動(dòng)鏈的高頻誤差

加工直齒輪時(shí)，主要受分度鏈中各傳動(dòng)元件誤差的影響，尤其是受分度蝸桿的安裝偏心（它引起分度蝸桿的徑向跳動(dòng)）和軸向躥動(dòng)的影響，是渦輪（齒坯）在一周范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)多次變化，加工出來(lái)的齒輪產(chǎn)生齒鋸偏差和齒形誤差。加工斜齒輪時(shí)，除分度鏈誤差外，還有差動(dòng)鏈誤差的影響。

2.3 滾刀的加工誤差

滾刀的加工誤差主要是指滾刀本身的基節(jié)、齒形等制造誤差，它們都會(huì)在加工齒輪過(guò)程中被復(fù)映到被加工齒輪的每一個(gè)齒上，使加工出的齒輪產(chǎn)生基節(jié)偏差和齒形誤差。

滾刀在滾齒過(guò)程中，切削用量的多少也非常關(guān)鍵，當(dāng)加工齒輪時(shí)，選擇比較大的切削用量和過(guò)快的切削速度時(shí)，事必會(huì)導(dǎo)致滾刀刀刃的損傷，輕則使?jié)L刀微變形，影響工件精度要求；重則使刀具嚴(yán)重受損，甚至工件報(bào)廢的嚴(yán)重后果，從而造成不必要的損失。

因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，選擇適當(dāng)?shù)那邢饔昧亢拖鄬?duì)應(yīng)的切削速度非常關(guān)鍵，它不僅保護(hù)了滾刀，還使工件的合格率大大提高。

2.4 滾刀的安裝誤差

滾刀偏心使被加工齒輪產(chǎn)生徑向誤差。滾刀刀架導(dǎo)軌或齒坯軸線(xiàn)相對(duì)于工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的傾斜及軸向躥動(dòng)，是滾刀的進(jìn)刀方向與輪齒的理論方向不一致，直接造成齒面沿齒長(zhǎng)方向（軸向）歪斜，產(chǎn)生齒向誤差，主要影響載荷分布的均勻性。

由于齒廓的行程是滾刀對(duì)齒坯周期地連續(xù)滾切的結(jié)果，因此，加工誤差具有周期性是齒輪誤差的特點(diǎn)。上述幾方面產(chǎn)生齒輪加工誤差中，兩種偏差所產(chǎn)生的齒輪誤差一齒輪一轉(zhuǎn)為周期，稱(chēng)為長(zhǎng)周期誤差；后三項(xiàng)因素所產(chǎn)生的誤差，一分度蝸桿一轉(zhuǎn)或齒輪一齒的周期，而且頻率較高，在齒輪一轉(zhuǎn)中多次重復(fù)出現(xiàn)，稱(chēng)為短周期誤差（或高頻誤差）。

在齒輪精度分析中，為了便于分析齒輪各種誤差對(duì)齒輪傳動(dòng)質(zhì)量的影響，按誤差相對(duì)于齒輪的方向，又可分為徑向誤差、切向誤差和軸向誤差。按齒輪誤差項(xiàng)目對(duì)齒輪顫動(dòng)性能的主要影響，將齒輪加工誤差分為三組，即影響運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性的誤差，為第一組；影響傳動(dòng)穩(wěn)定性的誤差，為第二組；影響載荷分布性和均勻性的誤差，為第三組。

3 、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述圓柱齒輪的加工原理以及在加工過(guò)程中影響齒輪精度的各個(gè)因素的闡述和分析，為生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程提供了理論方面的支持。根據(jù)不同的齒輪加工問(wèn)題制定相應(yīng)的解決方法，選擇合理的切削速度和切削用量。

只有通過(guò)全方位地分析圓柱齒輪的工作原理以及誤差，才能更快更好地解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題情況，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

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